Диагностика и надёжность автоматизированных систем. Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ для студентов по направлению подготов

Коэффициент технического использования (в области надежности в тех-

нике) - доля времени нахождения изделия в работоспособном состоянии отно-

сительно общей продолжительности эксплуатации в заданном интервале вре-

мени, включая все виды технического обслуживания.

Коэффициент сохранения эффективности – отношение значения показа-

теля эффективности применения изделия за определенный период эксплуатации к номинальному значению этого показателя, вычисленному при условии, что от-

казы изделия в течение этого периода не произойдут.

Термины, относящиеся к испытаниям.

Испытание – определение одной или нескольких характеристик согласно установленной процедуре (ГОСТ Р ИСО 9000-2000, статья 3.8.3).

План испытаний – совокупность правил продолжения или завершения ис-

пытаний в зависимости от наработки испытуемых изделий или от суммарного числа наблюдений и числа отказов, произошедших к данному моменту времени испытаний.

Термины, относящиеся к анализу и нормированию.

Прогнозирование – вычислительный процесс, направленный на предсказа-

ние значений количественных характеристик.

Модель безотказности – математическая модель, используемая для про-

гнозирования или оценки показателей безотказности.

Анализ видов и последствий отказов – качественный метод анализа, осно-

ванный на исследовании возможных видов отказов и неисправностей составных частей и их влияния на изделие.

Анализ видов, последствий и критичности отказов – количественный или качественный метод анализа, основанный на анализе видов и последствий отка-

зов вместе с рассмотрением вероятности возникновения видов отказов и серьез-

ности последствий.

11

Нормирование надежности – установление количественных и качествен-

ных требований к надежности.

Распределение требований – процедура, применяемая в процессе проекти-

рования изделия, посредством которой требования к надежности изделия рас-

пределяют на его составные части по определенным правилам.

Термины, относящиеся к резервированию.

Резервирование – наличие в изделии больше одного средства, необходи-

мого для выполнения требуемой функции.

Нагруженное резервирование – резервирование, при котором все средства,

способные выполнять требуемую функцию, работают одновременно.

Резервирование замещением – резервирование, при котором часть средств,

способных выполнять требуемую функцию, предназначена для работы, а осталь-

ная часть средств не работает до момента появления необходимости в ней.

Резервирование m из n – резервирование, при котором m изделий из общего числа n должны функционировать для выполнения заданной функции.

Смешанное резервирование – резервирование, обеспечивающее выполне-

ние требуемой функции несколькими различными средствами (или) способами.

Отказобезопасность - свойства изделия, ориентированные на сохранение безопасности в случае отказа.

12

Таблица 1.2 - Оценка показателей готовности изделий

Практической задание

На основании изложенных в практической работе №1 теоретических сведений, а также путем самостоятельного изучения литературных источников, ответить на вопросы основным понятиям и определениям надежности

13

14

Лабораторная работа № 2

Показатели надёжности автоматизированных

технических систем

Цель практического занятия: изучение основных показателей надёжности автоматизированных систем

Теоретические сведения

Вероятность безотказной работы. Вероятность отказа.

Вероятностью безотказной работы аппаратуры называется вероятность того, что она будет сохранять свои характеристики (параметры) в заданных пре-

делах в течение определенного промежутка времени при определенных условиях эксплуатации, или, короче, – вероятностью безотказной работы аппаратуры называется вероятность того, что в определенных условиях эксплуатации в пре-

делах заданной продолжительности работы отказ не возникнет.

Эта характеристика обозначается P(t) (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Характеристика изменения вероятности безотказной работы

Из определения вероятности безотказной работы видно, что эта характери-

стика является функцией времени.

15

-она характеризует изменение надёжности во времени;

-она входит во многие другие характеристики аппаратуры, а поэтому может быть полезна широкому кругу лиц, занимающихся вопросами проектиро-

вания, эксплуатации, ремонта и т.п. Например, вероятность безотказной работы наряду с точностью и живучестью определяет боевую эффективность оружия, а

поэтому является необходимой для исследователя операций и полководца. Она определяет также стоимость изготовления и эксплуатации аппаратуры, а по-

этому может быть полезной инженеру-экономисту;

-вероятность безотказной работы охватывает большинство факторов,

существенно влияющих на надёжность аппаратуры, и поэтому достаточно полно характеризует надёжность;

- P(t) может быть сравнительно просто получена расчетным путем до изготовления системы. Это позволяет выбрать оптимальную в смысле надёжно-

сти структуру системы и ее принципиальную схему;

- Р(t) является удобной характеристикой надёжности как простейших элементов, так и сложных систем и даже комплексов.

Указанные достоинства вероятности безотказной работы явились причи-

ной наибольшего распространения этой характеристики.

Однако вероятность безотказной работы имеет также существенные недо-

статки:

- она характеризует надёжность восстанавливаемых систем только до первого отказа, а поэтому является достаточно полной характеристикой надёж-

ности только систем разового использования;

-она не позволяет охарактеризовать зависимость между временными составляющими цикла эксплуатации; это не дает возможности установить, даже

ввероятностном смысле, будет ли система готова к действию в данный момент времени или нет;

-вероятность безотказной работы не всегда удобна для оценки надёж-

ности простых элементов, в особенности таких, у которых отсутствует старение;

17

-по известной вероятности безотказной работы бывает трудно вычис-

лить другие количественные характеристики надёжности.

Эти недостатки позволяют сделать вывод, что вероятность безотказной ра-

боты, как, впрочем, и любая другая характеристика, не полностью характеризует такое свойство как надёжность, и поэтому не может быть с ним отождествлена.

Частота отказов. Средняя частота отказов.

Частотой отказов называется отношение числа отказавших образцов ап-

паратуры в единицу времени к числу образцов, первоначально установленных на испытание при условии, что отказавшие образцы не восстанавливаются и не за-

меняются исправными.

Так как число отказавших образцов в интервале времени ∆t может зависеть от расположения этого промежутка по оси времени, то частота отказов является функцией времени. Эта характеристика в дальнейшем обозначается a(t).

Согласно определению:

( )( ) = 0 · ∆

где п (t) – число отказавших образцов в интервале времени от − ∆2 до + ∆2 ;

∆t – интервал времени;

No – число образцов аппаратуры, первоначально установленных на испы-

тание.

Типичная кривая изменения частоты отказов аппаратуры во времени при-

ведена на рисунке 2.2.

Эта кривая характерна для аппаратуры автоматических систем с примене-

нием элементов электроники. При этом рассматриваются лишь случаи мгновен-

ных отказов в процессе работы аппаратуры.

18

Участок от t2 до t3 характеризуется резким ростом частоты отказов, что объясняется механическим и электрическим износом элементов.

Уменьшение частоты отказов после времени t3 объясняется нe повыше-

нием надёжности аппаратуры, а незначительным количеством исправно работа-

ющих к этому времени образцов, в результате чего число отказавших образцов

п(t) за интервал времени ∆t становится небольшим.

Обычно аппаратуру не эксплуатируют до состояния износа. Eё ремонти-

руют, износившиеся элементы заменяют новыми, после чего частота отказов ап-

паратуры вновь соответствует участку времени от t1 до t2. Поэтому изучение по-

ведения кривой a(t) на участке t> t3 является предметом теории надёжности.

Таким образом, между частотой отказов, вероятностью безотказной и ве-

роятностью отказов при любом законе распределения времени возникновения отказов существуют однозначные зависимости. Эти зависимости имеют вид:

( ) = ∫ ( ),

0

( ) = 1 − ∫ ( ).

0

Оценить с помощью частоты отказов надёжность аппаратуры длительного пользования, которая может ремонтироваться, затруднительно. Для этой цели необходимо иметь семейство кривых a(t), полученных до первого отказа, между первым и вторым, вторым и третьим отказами и т. д. Следует, однако, заметить,

что при отсутствии старении аппаратуры указанные частоты отказов будут сов-

падать. Поэтому a(t) хорошо характеризует надёжность аппаратуры также в том случае, когда отказы подчиняются экспоненциальному распределению.

Надёжность аппаратуры длительного использования можно характеризо-

вать частотой отказов, полученной при условии замены отказавшей аппаратуры исправной. При этом внешне формула определения частоты отказов не изменя-

ется, однако меняется её внутреннее содержание.

20